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Verfahren zum Niederschmelzen von kaltem, stückigem Schrott in Induktionsöfen.
Induktionsöfen zum Schmelzen von Metallen sind bekannt und haben in der Industrie
vielfach Verwendung gefunden.
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Der Betrieb derartiger Öfen erfordert eine leitfähige und daher in
sich geschlossene metallische Sekundärwindung. Um einen solchen sekundären geschlossenen
Stromkreis zu schaffen, wurde bisher der Betrieb in der Art geleitet, daß in die
Schmelzrinne in sich geschlossene Metallringe eingelegt und alsdann der Rest der
Beschickung eingebracht wurde. Die durch die Induktionsströme !bewirkte Erwärmung
des oder der Ringe führte zur Erwärmung und schließlichen Schmelzung ,der ganzen
Beschickung. Es wurde aber auch in der Art gearbeitet, daß ein Rest des geschmolzenen
Metalles im Ofen belassen wurde, der den geschlossenen leitenden Ring für die Schmelzung
der folgenden Beschikkung bilden mußte.
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Eine solche Arbeitsweise war zum Teil bedingt durch die Stückform
der Beschickung ('Schrott u. dgl.), denn der die Schmelzrinne füllende Schrott konnte
sich nur an wenigen Punkten berühren, die außerdem in der Regel sehr klein waren
und den Strom schlecht leiteten, da der Schrott häufig mit Rost und sonstigen schlecht
leitendenVerunreinigungen bedeckt war, zum größten Teil aber dadurch, daß der Induktionsofen
in seiner Eigenschaft als Transformator an der . in sich geschlossenen Schmelzrinne
nur eine durch die-Konstruktionsbedingungen des Transformators begrenzte, verhältnismäßige
niedrige Spannung zu erzeugen erlaubte. Es mußte daher bei Einleitung des Schmelzprozesses
schon eine .gute Leitung wenigstens eines nennenswerten Teiles der Beschickung vorhanden
sein.
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Die übliche Spannung an der Schmelzrinne beträgt etwa 5 bis io Volt.
Eine solche Spannung genügt nicht bei schlechter durch vielfache kleine Widerstände
unterbrochener Leitfähigkeit der Beschickung diese Widerstände zu überbrücken. Nur
mit Schrott, selbst vorsichtig, beschickte Induktionsöfen konnten daher nur in seltenen
Ausnahme.. fällen in Betrieb gesetzt werden.
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Um die Spannung von 5 bis io Volt in der Schmelzrinne zu erzeugen,
mußte in der Primärspule-ein Spannungsabfall von gleicher Größe, d: h. von 5 bis
io Volt pro Windung vorgesehen werden. Diese Notwendigkeit zwang zur Verwendung
von Eisenquerschnitten, die mehrfach größer waren als bei sonstigen technischen
Transformatoren, bei denen im allgemeinen nur ein Spannungsabfall von 11n bis il/,
Volt pro Windung vorgesehen ist.
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Die -Erfahrungen mit Lichtbogenöfen, die mit Spannungen von über 8o
Volt arbeiten, lehrten, .daß man bei diesen Spannungen .die in einer Schrottbeschickung
auftretenden Widerstände überbrücken und daher den Schrott niederschmelzen konnte.
Würde man also in der Lage sein, an der mit kaltem Schrott beschickten Schmelzrinne
eines Induktionsofen Spannungen der gleichen Größe zu erzeugen, so müßte es möglich
sein, kalten
Schrott im Induktionsofen ebensogut nieder-21 wie im
1.ichtbogenoferi. Cm nun mit den technisch üblichen Frequenzen von 5o Perioden oder
darunter Spannungsabfälle in der Größenordnung von 8o bis Zoo Volt pro Windung zu
erzeugen, müßten die Eisenquerschnitte gegenüber denjenigen, die zur Erzeugung von
5 bis 8 Volt pro Windung erforderlich sind, 2o bis 12 mal größer gewählt werden,
eine Konstruktion, die an Preisfragen sowie an Raurn- und Konstruktionsschwierigkeiten
ohne weiteres scheitern würde. Dagegen kommt man mit den üblichen Eisenquerschnitten
aus, wenn man die Frequenz des primären Wechselstromes auf glas 20 bis 12fache erhöht.
Die Anwendung derartiger Frequenzen, 500 bis iooo Wechsel pro Sekunde, wie
sie demnach erforderlich würden, macht aber der heutigen "fec'..inik keinerlei Schwierigkeiten
mehr, es stehen dazu sogar die verschiedensten Methoden zur Verfügung, auf die in
diesem Zusammenhang nicht näher eingegangen zu werden braucht, da sie technisch
bekannt sind.
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Die Erfindung besteht nun darin, Hochfrequenzstr5me zu verwenden,
uni die beim Einschmelzen kalten Schrottes in Induktionsöfen entstehenden Schwierigkeiten
zu beseitigen oder wenigstens so weit einzuschränken, claß es ermöglicht wird, ein
für allemal das Einlegen geschmolzener -Metallringe in die Schmelzrinne oder das
Belassen von 2o bis 30 Prozent der vorherigen Charge zu vermeiden. Dadurch
wird es ermöglicht, aufeinanderfolgende Chargen unabhängig voneinander in den verschiedensten
Oualitäten herzustellen und die Verunreinigungen folgender Chargen durch Reste der
vorhergegangenen Chargen oder durch die eingelegten geschlossenen Ringe zu verhüten.
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Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß zunächst ein Strom
höherer Frequenz durch die Primärspule geleitet wird, und daß in dem -Maße, in dem
die Beschickung durch zunehmende Frittung und beginnende Schmelzung besser leitend
wird, dafür gesorgt wird, daß die Frequenz heruntergesetzt und parallel damit die
Zahl der Primärwindungen vermehrt wird, wodurch die Spannung in der Sekundärrinne
entsprechend der dort herrschenden Leitfähigkeit herabgesetzt wird. Für die Erhöhung
und nachfolgende Wiederherabsetzung der Frequenz können beispielsweise die neuerdings
mit günstigem Wirkungsgrad gebauten ruhenden Frequenzumformer Verwendung finden.
Uin eine Vermehrung der Windungen der Primärspule herbeizuführen, ist es nur erforderlich,
eine oder mehrere Anzapfungen an geeigneter Stelle anzubringen, oder aber passend
unterteilte Primärspulen zu verwenden. Da die mit kaltem, stückigem Schrott beschickte
Schmelzrinne eines Induktionsofens im Prinzip nichts anderes ist als eine Art von
dritter oder Kohärer, der ja eine durch schnelle Schwingungen eingeleitete Leitfähigkeit
nach deren Aufhören beibehält und dann niederfrequenten oder sogar Gleichströmen
vielmal kleinerer Spannung spielend Durchtritt gewährt, so wird es in vielen Fällen
auch genügen, zur Einleitung des Schmelzvorganges elektrische Energiemengen mit
stark erhöhter Frequenz einwirken zu lassen, die an sich gänzlich ungenügend sein
würden, die Erhitzung und Niederschmelzung der Beschickung zu bewirken. Es wird
daher beispielsweise genügen, eine ausreichende Frittung und Leitfähigkeit des die
Beschickung bildenden Schrottes in der Schmelzrinne herbeizuführen, wenn ein Zehntel
der zum Schmelzen erforderlichen Energie ini Anfangsstadium in Form von hochfrequentecii
Strom eingeleitet und alsdann der Schmelzvorgang mit Niederfrequenzstrom zu Ende
geführt wird.
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Das störungslose Niederschmelzen v@)n Schrott in der Schmelzrinne
eines Induktionsofens kann auch dadurch bewirkt werden, daß man Hochfrequenz- und
Niederfrequenzstrom gleichzeitig durch zwei entsprechende Primärspulen auf die Schmelzrinne
einwirken läßt, wobei die Energiemenge des Hochfrequenzstromes nur ein Bruchteil
des Niederfrequenzstroines zu sein braucht. Eine derartige Arbeitsweise ist immer
dann möglich, wenn durch entsprechend angeordnete Drosselspulen oder ähnliche Vorrichtungen,
wie Frequenzsortierer geeigneter Abmessungen, eine Rückwirkung der Hochfrequenzen
auf den Niederfrequenzstromerzeuger und umge- i kehrt verhindert wird. Bei dieser
Anordnung wird durch die Hochspannung, die der Hochfrequenzstroin in ider Beschickung
erzeugt, gewissermaßen eine Brücke geschlagen für den gleichzeitig induzierten niederfrequenten
Strom, der die für den Schmelzgang erforderliche Energiemenge zu liefern hat. Sobald
bei dieser Anordnung die Frittung und beginnende Schmelzung der Beschickung weit
genug fortgeschritten ist, können der Hochfrequenzstrom und die zu seinerAbschirmung
erforderlichen Vorrichtungen abgeschaltet werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht gegenüber den bekannten
Betriebsweisen der Induktionsöfen die Schmelzung stückiger Beschickung ohne das
Einlegen in sich geschlossener, die Charge häufig mehr oder weniger verunreinigender,
leitfähiger Ringe in die Schmelzrinne. Sie ermöglicht auch jede im Induktionsofen
erschmolzene Charge restlos aus dem Ofen zu entfernen und gestattet
daher
die Sclunelzrinne nach Abstich der Charge von allen Verunreinigungen, Schlacken
oder Metallresten zu reinigen. Abgesehen von der dadurch ermöglichten Steigerung
der Erzeugung und der naturgemäß eintretenden Stromersparnis sind diese Möglichkeiten
von besonderer Bedeutung, wenn es sich um die Herstellung besonders reiner oder
besonders genau zusammengesetzter Metallegierungen handelt. Von -überragender Bedeutung
ist aber die durch die Erfindung geschaffene Möglichkeit, Metalle und Metalllegierungen,
deren Eigenschaften durch Schmelzung in bekannten _ der Wirkung der Luft unterworfenen
Öfen unzulässig beeinflußt werden, in einem gegen die Atmosphäre praktisch vollständig
gasdichten Induktionsofen unter erhöhtem oder vermindertem Druck einschmelzen und
weiter zu behandeln.